JP2022069032A - レーザー加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光学部品の汚染リスクを事前に検知し、トラブルを未然に防ぐことが可能なレーザー加工装置を提供すること。【解決手段】レーザー加工装置は、被加工物を保持するチャックテーブルと、レーザー発振器と、レーザー発振器から発振されたレーザービーム２１を集光する集光器と、レーザービーム２１をレーザー発振器から集光器へと導く光学部品とを備え、レーザービーム２１の光路２１１中に存在するパーティクル２１２によって生じる光２１３を受光可能な位置に配設された光検知ユニット２６を有し、レーザー発振器から発振したレーザービーム２１を被加工物に集光照射して被加工物に加工を施しつつ、光検知ユニット２６で受光したパーティクル２１２によって生じる光２１３の受光量に基づいてレーザービーム２１の光路２１１中に存在するパーティクル２１２を検知することが可能である。【選択図】図３

Description

本発明は、レーザー加工装置に関する。

半導体ウエーハのような被加工物をチップ化するために、被加工物の表面に設定されたストリートに沿ってレーザービームを照射するレーザー加工装置が用いられる（例えば、特許文献１参照）。

このようなレーザー加工装置は、レーザー発振器を備えており、このレーザー発振器から発振したレーザービームを複数の光学部品を用いて集光レンズへと導き、被加工物に集光照射することで、加工を行っている。

特開２００３－３２０４６６号公報

特許文献１等に示されたレーザー加工装置で用いられる光学部品にパーティクル等が付着し汚染すると、加工点における出力低下やレーザービーム形状の歪みなどに直結する。従って、レーザー加工装置は、これらの光学部品を外部から隔離された箱の内部に配設している。

しかしながら、特許文献１等に示されたレーザー加工装置は、箱の内部に配置されている部品から発生するパーティクルや、僅かな隙間から箱の内部に侵入するパーティクルなどはふせぐことができず、箱の密閉度を上げたり汚染物質を排除するなどしてトラブルは減少しているものの、実際に問題が発生してからでないと発見できないという問題があった。

本願発明は、上記事実に鑑みてなされたものであり、その目的は、光学部品の汚染リスクを事前に検知し、トラブルを未然に防ぐことが可能なレーザー加工装置を提供することである。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のレーザー加工装置は、被加工物を保持する保持面を有するチャックテーブルと、レーザー発振器と、該レーザー発振器から発振されたレーザービームを集光する集光器と、該レーザービームを該レーザー発振器から該集光器へと導く光学部品と、を備え、該チャックテーブルに保持された被加工物と該レーザービームの集光点とを相対的に移動させることで、被加工物に加工を施すレーザー加工装置であって、該レーザービームの光路中に存在するパーティクルによって生じる光を受光可能な位置に配設された光検知ユニットを有し、該レーザー発振器から発振したレーザービームを被加工物に集光照射して被加工物に加工を施しつつ、該光検知ユニットで受光したパーティクルによって生じる光の受光量に基づいてレーザービームの光路中に存在するパーティクルを検知することが可能なことを特徴とする。

本発明は、光学部品の汚染リスクを事前に検知し、トラブルを未然に防ぐことが可能になるという効果を奏する。

図１は、実施形態１に係るレーザー加工装置の構成例を示す斜視図である。 図２は、図１に示されたレーザー加工装置のレーザービーム照射ユニットの概略の構成を説明する説明図である。 図３は、図１に示されたレーザー加工装置のレーザー加工中のパーティクルによって生じる光を光検知ユニットが受光する状態を模式的に示す図である。 図４は、図３に示された光検知ユニットが受光した光の受光量の一例を示す図である。 図５は、実施形態１の変形例に係るレーザー加工装置の制御ユニットが記憶部に記憶する情報を示す図である。

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換または変更を行うことができる。

〔実施形態１〕
本発明の実施形態１に係るレーザー加工装置を図面に基づいて説明する。まず、実施形態１に係るレーザー加工装置１の構成を説明する。図１は、実施形態１に係るレーザー加工装置の構成例を示す斜視図である。実施形態１に係る図１に示すレーザー加工装置１は、被加工物２００に対してパルス状のレーザービーム２１を照射し、被加工物２００に対してレーザー加工（加工に相当）を施す装置である。

（被加工物）
図１に示されたレーザー加工装置１の加工対象である被加工物２００は、シリコン、サファイア、ガリウムヒ素などの基板２０１を有する円板状の半導体ウエーハや光デバイスウエーハ等のウエーハである。被加工物２００は、基板２０１の表面２０２に交差するストリート２０３が複数設定され、ストリート２０３によって区画された領域にデバイス２０４が形成されている。

デバイス２０４は、例えば、ＩＣ（Integrated Circuit）、又はＬＳＩ（Large Scale Integration）等の集積回路、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）、又はＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等のイメージセンサである。

また、実施形態１において、被加工物２００は、被加工物２００の外径よりも大径な円板状でかつ外縁部に環状のフレーム２０７が貼着された粘着テープ２０８が裏面２０５に貼着されて、フレーム２０７の開口２０９内に支持される。

実施形態１において、被加工物２００は、粘着テープ２０８によりフレーム２０７の開口２０９内に支持された状態で、レーザー加工装置１によりレーザー加工が施されるなどして、ストリート２０３に沿って個々のデバイスチップ２０６に分割される。なお、デバイスチップ２０６は、基板２０１の一部分とデバイス２０４とを含んでいる。

（レーザー加工装置）
レーザー加工装置１は、被加工物２００に対して、ストリート２０３に沿ってレーザービーム２１を照射して、被加工物２００にレーザー加工を施す装置である。レーザー加工装置１は、図１に示すように、被加工物２００を保持する保持面１１を有するチャックテーブル１０と、レーザービーム照射ユニット２０と、移動ユニット３０と、撮像ユニット４０と、制御ユニット１００とを備える。

チャックテーブル１０は、被加工物２００を水平方向と平行な保持面１１で保持する。保持面１１は、ポーラスセラミック等から形成された円盤形状であり、図示しない真空吸引経路を介して図示しない真空吸引源と接続されている。チャックテーブル１０は、保持面１１上に載置された被加工物２００を吸引保持する。チャックテーブル１０の周囲には、被加工物２００を開口２０９内に支持するフレーム２０７を挟持するクランプ部１２が複数配置されている。

また、チャックテーブル１０は、移動ユニット３０の回転移動ユニット３４により保持面１１に対して直交しかつ鉛直方向と平行なＺ軸方向と平行な軸心回りに回転される。チャックテーブル１０は、回転移動ユニット３４とともに、移動ユニット３０のＸ軸移動ユニット３１により水平方向と平行なＸ軸方向に移動されかつＹ軸移動ユニット３２により水平方向と平行でかつＸ軸方向と直交するＹ軸方向に移動される。チャックテーブル１０は、移動ユニット３０によりレーザービーム照射ユニット２０の下方の加工領域と、レーザービーム照射ユニット２０の下方から離れて被加工物２００が搬入、搬出される搬入出領域とに亘って移動される。

レーザービーム照射ユニット２０は、チャックテーブル１０に保持された被加工物２００に対してパルス状のレーザービーム２１を照射するユニットである。実施形態１では、レーザービーム照射ユニット２０は、被加工物２００に対して吸収性を有する波長又は被加工物２００に対して透過性を有する波長のパルス状のレーザービーム２１を照射して、被加工物２００にレーザー加工を施すレーザービーム照射手段である。

実施形態１では、レーザービーム照射ユニット２０の一部は、図１に示すように、装置本体２から立設した立設壁３に設けられた移動ユニット３０のＺ軸移動ユニット３３によりＺ軸方向に移動される昇降部材４に支持されている。

次に、レーザービーム照射ユニット２０の構成を説明する。図２は、図１に示されたレーザー加工装置のレーザービーム照射ユニットの概略の構成を説明する説明図である。レーザービーム照射ユニット２０は、図２に示すように、光学部品収容ボックス２２と、被加工物２００を加工するためのパルス状のレーザービーム２１を発振するレーザー発振器２３と、チャックテーブル１０の保持面１１に保持された被加工物２００にレーザー発振器２３から発振されたレーザービーム２１を集光する集光器２４と、レーザー発振器２３と集光器２４との間のレーザービーム２１の光路２１１上に設けられかつレーザー発振器２３が発振したレーザービーム２１をレーザー発振器２３から集光器２４へと導く少なくとも一つの光学部品２５と、光検知ユニット２６とを備える。

集光器２４は、チャックテーブル１０の保持面１１とＺ軸方向に対向する位置に配置された集光レンズ２８を備える。集光レンズ２８は、レーザー発振器２３から発振されたレーザービーム２１を透過して、レーザービーム２１を集光点２１－１に集光する。実施形態１では、レーザービーム照射ユニット２０は、光学部品２５として、レーザービーム２１を反射するミラーを複数備えているが、本発明では、光学部品２５は、ミラーに限定されない。

光学部品収容ボックス２２は、内側が密閉された箱状に形成されている。実施形態１では、光学部品収容ボックス２２は、光学部品２５と、光検知ユニット２６とを収容している。

光検知ユニット２６は、光学部品収容ボックス２２のレーザービーム２１の光路２１１中に存在するパーティクル２１２によって生じる光２１３を受光可能な位置に配設されている。光検知ユニット２６は、パーティクル２１２によって生じる光２１３をレンズ２７を介して受光する。実施形態１では、光検知ユニット２６は、パーティクル２１２によって生じる光２１３として、パーティクル２１２によりレーザービーム２１が散乱して生成される散乱光と、レーザービーム２１によりパーティクル２１２が放出する蛍光との少なくともいずれかを受光する。

実施形態１では、光検知ユニット２６は、受光したパーティクル２１２によって生じる光２１３の受光量により変化する電圧値を制御ユニット１００に出力するフォトダイオードであるが、本発明では、フォトダイオードに限定されずに、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）撮像素子又はＣＭＯＳ（Complementary MOS）撮像素子等の撮像素子を備えた撮像ユニットでも良い。なお、光検知ユニット２６が出力する電圧値は、パーティクル２１２によって生じる光２１３の受光量が多くなると高くなり、受光量が少なくなると低くなる。

移動ユニット３０は、レーザービーム照射ユニット２０とチャックテーブル１０とをＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向及びＺ軸方向と平行な軸心回りに相対的に移動させるものである。Ｘ軸方向及びＹ軸方向は、保持面１１と平行な方向である。移動ユニット３０は、チャックテーブル１０をＸ軸方向に移動させる加工送りユニットであるＸ軸移動ユニット３１と、チャックテーブル１０をＹ軸方向に移動させる割り出し送りユニットであるＹ軸移動ユニット３２と、レーザービーム照射ユニット２０に含まれる集光器２４をＺ軸方向に移動させるＺ軸移動ユニット３３と、チャックテーブル１０をＺ軸方向と平行な軸心回りに回転する回転移動ユニット３４とを備える。

Ｙ軸移動ユニット３２は、チャックテーブル１０と、レーザービーム照射ユニット２０とを相対的に割り出し送りするユニットである。実施形態１では、Ｙ軸移動ユニット３２は、レーザー加工装置１の装置本体２上に設置されている。Ｙ軸移動ユニット３２は、Ｘ軸移動ユニット３１を支持した移動プレート１５をＹ軸方向に移動自在に支持している。

Ｘ軸移動ユニット３１は、チャックテーブル１０と、レーザービーム照射ユニット２０とを相対的に加工送りするユニットである。Ｘ軸移動ユニット３１は、移動プレート１５上に設置されている。Ｘ軸移動ユニット３１は、チャックテーブル１０をＺ軸方向と平行な軸心回りに回転する回転移動ユニット３４を支持した第２移動プレート１６をＸ軸方向に移動自在に支持している。Ｚ軸移動ユニット３３は、立設壁３に設置され、昇降部材４をＺ軸方向に移動自在に支持している。

Ｘ軸移動ユニット３１、Ｙ軸移動ユニット３２及びＺ軸移動ユニット３３は、軸心回りに回転自在に設けられた周知のボールねじ、ボールねじを軸心回りに回転させる周知のパルスモータ、移動プレート１５，１６をＸ軸方向又はＹ軸方向に移動自在に支持するとともに、昇降部材４をＺ軸方向に移動自在に支持する周知のガイドレールを備える。

また、レーザー加工装置１は、チャックテーブル１０のＸ軸方向の位置を検出するための図示しないＸ軸方向位置検出ユニットと、チャックテーブル１０のＹ軸方向の位置を検出するための図示しないＹ軸方向位置検出ユニットと、レーザービーム照射ユニット２０に含まれる集光器２４のＺ軸方向の位置を検出するＺ軸方向位置検出ユニットとを備える。各位置検出ユニットは、検出結果を制御ユニット１００に出力する。

撮像ユニット４０は、チャックテーブル１０に保持された被加工物２００を撮像するものである。撮像ユニット４０は、チャックテーブル１０に保持された被加工物２００を撮像するＣＣＤ（Charge Coupled Device）撮像素子又はＣＭＯＳ（Complementary MOS）撮像素子等の撮像素子を備える。実施形態１では、撮像ユニット４０は、レーザービーム照射ユニット２０の筐体の先端に取り付けられて、レーザービーム照射ユニット２０の集光器２４の集光レンズ２８とＸ軸方向に並ぶ位置に配置されている。撮像ユニット４０は、被加工物２００を撮像して、被加工物２００とレーザービーム照射ユニット２０との位置合わせを行うアライメントを遂行するための画像を得て、得た画像を制御ユニット１００に出力する。

制御ユニット１００は、レーザー加工装置１の上述した構成要素をそれぞれ制御して、被加工物２００に対するレーザー加工動作をレーザー加工装置１に実施させるものである。なお、制御ユニット１００は、ＣＰＵ（central processing unit）のようなマイクロプロセッサを有する演算処理装置と、ＲＯＭ（read only memory）又はＲＡＭ（random access memory）のようなメモリを有する記憶装置と、入出力インターフェース装置とを有するコンピュータである。制御ユニット１００の演算処理装置は、記憶装置に記憶されているコンピュータプログラムに従って演算処理を実施して、レーザー加工装置１を制御するための制御信号を入出力インターフェース装置を介してレーザー加工装置１の上述した構成要素に出力して、制御ユニット１００の機能を実現する。

また、制御ユニット１００は、加工動作の状態や画像などを表示する液晶表示装置などにより構成される表示ユニット１１０と、オペレータが加工内容情報などを登録する際に用いる図示しない入力ユニットとが接続されている。入力ユニットは、表示ユニット１１０に設けられたタッチパネルと、キーボード等の外部入力装置とのうち少なくとも一つにより構成される。また、制御ユニット１００は、情報を記憶可能な記憶部１０１を備える。記憶部１０１の機能は、前述した記憶装置により実現される。

次に、前述したレーザー加工装置１の加工動作を説明する。図３は、図１に示されたレーザー加工装置のレーザー加工中のパーティクルによって生じる光を光検知ユニットが受光する状態を模式的に示す図である。図４は、図３に示された光検知ユニットが受光した光の受光量の一例を示す図である。

前述した構成のレーザー加工装置１は、オペレータが入力ユニット等を操作して入力した加工条件を制御ユニット１００が受け付け、粘着テープ２０８を介して搬入出領域に位置付けられたチャックテーブル１０の保持面１１に被加工物２００が載置される。なお、加工条件は、レーザービーム２１の出力、繰り返し周波数、加工送り速度であるチャックテーブル１０のＸ軸方向の移動速度、集光点２１－１のＺ軸方向の位置などを含む。

実施形態１において、レーザー加工装置１は、制御ユニット１００が入力ユニットからオペレータの加工動作開始指示を受け付けると、加工動作を開始する。加工動作を開始すると、レーザー加工装置１は、被加工物２００を粘着テープ２０８を介して、チャックテーブル１０の保持面１１に吸引保持し、クランプ部１２でフレーム２０７をクランプする。

実施形態１において、レーザー加工装置１は、移動ユニット３０がチャックテーブル１０を加工領域に向かって移動して、撮像ユニット４０が被加工物２００を撮影する。レーザー加工装置１が、撮像ユニット４０が撮像して得た画像に基づいて、アライメントを遂行する。

実施形態１において、レーザー加工装置１は、加工条件に基づいて、移動ユニット３０がチャックテーブル１０に保持された被加工物２００と、レーザービーム照射ユニット２０が照射するレーザービーム２１の集光点２１－１とをストリート２０３に沿って相対的に移動させながら、レーザービーム照射ユニット２０がパルス状のレーザービーム２１をストリート２０３に照射することで、被加工物２００にレーザー加工を施す。

実施形態１において、レーザー加工装置１は、レーザー発振器２３から発振したレーザービーム２１を被加工物２００の加工条件で定められたＺ軸方向の位置に集光させながら、レーザービーム２１を被加工物２００に照射して（即ち、集光照射して）、被加工物２００にレーザー加工を施す。また、実施形態１において、レーザー加工装置１は、被加工物２００にレーザー加工を施しつつ、光検知ユニット２６が、図３に示すように、レーザービーム照射ユニット２０の光学部品収容ボックス２２内のパーティクル２１２によって生じる光２１３を受光する。光検知ユニット２６が、受光した光２１３の受光量に応じた電圧値を制御ユニット１００に出力する。

実施形態１において、レーザー加工装置１は、制御ユニット１００が、光検知ユニット２６からの光２１３の受光量に応じた電圧値が図４に示された予め定められたしきい値３００を超えた回数と、超えた際の電圧値とを１対１で対応付けた情報１０２を記憶部１０１に記憶する。なお、電圧値がしきい値３００を超えた回数は、光学部品収容ボックス２２内のパーティクル２１２の数に対応し、超えた際の電圧値は、パーティクル２１２の粒径に対応する。実施形態１では、しきい値３００は、レーザー加工装置１がレーザー加工する際にトラブルを生じさせる恐れがある値である。

こうして、レーザー加工装置１は、光検知ユニット２６からの光２１３の受光量に応じた電圧値が図４に示された予め定められたしきい値３００を超えた回数と、超えた電圧値とを１対１で対応付けた情報１０２を記憶部１０１に記憶することで、光学部品収容ボックス２２内のパーティクル２１２の数と、パーティクル２１２の粒径に対応した情報を記憶部１０１に記憶することとなる。また、レーザー加工装置１は、前述した情報１０２を記憶部１０１に記憶することで、光検知ユニット２６で受光したパーティクル２１２によって生じる光２１３の受光量に基づいてレーザービーム２１の光路２１１中に存在するパーティクル２１２を検知することが可能となる。なお、図４の横軸は、加工動作開始からの経過時間を示し、図４の縦軸は、光検知ユニット２６からの電圧値を示している。

実施形態１において、レーザー加工装置１は、被加工物２００の全てのストリート２０３にレーザービーム２１を照射すると、レーザービーム２１の照射を停止する。実施形態１においてレーザー加工装置１は、移動ユニット３０がチャックテーブル１０を搬入出領域に向かって移動し、チャックテーブル１０を搬入出領域に停止し、チャックテーブル１０が被加工物２００の吸引保持を停止するとともに、クランプ部１２がフレーム２０７のクランプを解除し、チャックテーブル１０の保持面１１から被加工物２００が搬出されて、加工動作を終了する。

以上説明したように、実施形態１に係るレーザー加工装置１は、レーザービーム２１の光路２１１中に存在するパーティクル２１２によって生じた光２１３を受光可能な位置に配設された光検知ユニット２６を備えている。そのために、レーザー加工装置１は、光検知ユニット２６でパーティクル２１２によって生じた光２１３を受光することで、光学部品２５の汚染源となりうる光路２１１内のパーティクル２１２を検知することが可能となる。その結果、レーザー加工装置１は、光学部品２５の汚染リスクを事前に検知し、加工不良などのトラブルの発生を未然に防ぐことが可能になる。

また、実施形態１に係るレーザー加工装置１は、被加工物２００のレーザー加工中に前述した情報１０２を記憶部１０１に記憶するので、光路２１１内のトラブルを生じさせる恐れがあるパーティクル２１２の数とパーティクル２１２の粒径をレーザー加工中に把握することができる。

〔変形例〕
本発明の実施形態１の変形例に係るレーザー加工装置を図面に基づいて説明する。図５は、実施形態１の変形例に係るレーザー加工装置の制御ユニットが記憶部に記憶する情報を示す図である。変形例に係るレーザー加工装置１は、加工動作中に記憶部１０１に記憶する情報１０２－１が異なること以外、実施形態１と同じである。

図５に示された変形例に係るレーザー加工装置１の制御ユニット１００が記憶部１０１に記憶する情報１０２－１は、光検知ユニット２６からの電圧値がしきい値３００を超えた時（即ち、パーティクル２１２を検知した時）の電圧値と加工条件と時刻とを１対１で対応付けている。

変形例に係るレーザー加工装置１は、制御ユニット１００が、しきい値３００を超えた際の電圧値と加工条件と時刻とを１対１で対応付けた情報１０２－１を記憶部１０１に記憶するので、記憶部１０１に記憶した情報１０２－１を解析することによりパーティクル２１２の発生傾向を分析することが可能となり、パーティクル２１２発生の原因の究明が容易になる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、本発明では、レーザー加工装置１は、しきい値３００を超えた際に情報１０２，１０２－１を記憶することなく、エラーを発して加工動作を中断しても良い。この場合、レーザー加工装置１は、加工動作中のパーティクル２１２の発生をオペレータに速やかに認識させることができる。また。本発明では、光検知ユニット２６とレンズ２７との間に光２１３を透過する各種のフィルタ（紫外線フィルタ）を配置して、光２１３を光検知ユニット２６に受光しても良い。

１ レーザー加工装置
１０ チャックテーブル
１１ 保持面
２１ レーザービーム
２３ レーザー発振器
２４ 集光器
２６ 光検知ユニット
２００ 被加工物
２１１ 光路
２１２ パーティクル
２１３ 光

Claims (1)

1. 被加工物を保持する保持面を有するチャックテーブルと、
   レーザー発振器と、
   該レーザー発振器から発振されたレーザービームを集光する集光器と、
   該レーザービームを該レーザー発振器から該集光器へと導く光学部品と、を備え、
   該チャックテーブルに保持された被加工物と該レーザービームの集光点とを相対的に移動させることで、被加工物に加工を施すレーザー加工装置であって、
   該レーザービームの光路中に存在するパーティクルによって生じる光を受光可能な位置に配設された光検知ユニットを有し、
   該レーザー発振器から発振したレーザービームを被加工物に集光照射して被加工物に加工を施しつつ、該光検知ユニットで受光したパーティクルによって生じる光の受光量に基づいてレーザービームの光路中に存在するパーティクルを検知することが可能なレーザー加工装置。

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